电力电子第7章

①区间： VT1、2、3同时通； 电机端线电压UAB =0， UBc =Ud, UcA =-Ud； 电流从AB端流入，从C端流出， 相当于ZAZB并联再与ZC串联 接到Ud电源。
②区间：开始触发VT4关断 VT1， VT2、3、4同时通； UAB =-Ud ，UBc =Ud, UcA =0。 ③区间：同理，VT2、3、4 同时通； 电机端线电压为120正负对称 的矩形波，电机相电压为180正负 对称的阶梯波。
思考题
• 1．试说明交流调压和交流调功电路有何区别？ • 答： • 交流调功电路和交流调压电路的电路形式完全相同， 但控制方式不同。 • 交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期 内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。 • 晶闸管交流调功电路是采用整周波的通、断控制方法， 例如以n个电源周波为一个大周期，改变导通周波数与阻 断周波数的比值来改变变换器在整个大周期内输出的平均 功率，实现交流调功。
一、电压型逆变器 (一)晶闸管串联电感式逆变电路 如图7-10，三相串联电感式逆变电路必须采用强迫换流形式。 断。
强迫换流采用C做储能元件，对VT产生反向脉冲迫使VT关
1．换流过程 换流在同一相桥臂的两管间进行，如A相桥内，VT1导通时 触发VT4导通，强迫VT1关断，负载iA由经VT1流出换为流入VT4。 换流电路由C1～C6、L1～L6组成，L1与L4 、 L3与L6、L5与L2 为全藕合，VD1～VD6为反馈二极管，为感性负载电流提供反馈 电源通路。
图7-1
c):单相半桥式逆变电路
工作原理:
VT1和VT2触发信号在一周期内各
半周正偏、半周反偏，互补
uo为矩形波，幅值为Um=Ud/2
io波形随负载而异，感性负载时
V1或V2通时，io和uo同方向，直
流侧向负载提供能量
2. 逆变器换流有以下两种： （1）负载换流 逆变器输出电流超前电压(即容性负载)时，当流过VT的振 荡电流自然过零，则VT继续承受负载的反压，如超前时间大于 tq时间，就能保证管子完全恢复阻断能力实现可靠换流。这种 换流，主电路不需要附加换流环节，也称自然换流。 （2）强迫换流 亦称脉冲换流。感性负载，必须采用强迫换流。 特点：设置专门的换流回路，通常由电感、电容、小容量晶 闸管等组成。 换流回路的任务：是在需要的时刻产生短暂的反向脉冲电压， 迫使导通的管子关断。
(二)IGBT谐振型逆变器 图中，VI1—VI4为4只IGBT。
图a中，感应线圈L、电容C和电阻R组成并联谐振电路，使 整个负载电路呈现为电阻特性，因此负载电流和负载电压的基 波是同相位，在电压和电流过零瞬间，IGBT逆变桥进行换流， 实现了逆变器换流时在零电压和零电流时的开和关。
图b中，感应线圈L、Ｃ和R组成串联谐振电路在IGBT关断 期间震荡，开关器件两端的电压形成一近似正弦波，为开关器 件导通时建立起零电压条件，如VI1导通以前，Cl与L和R谐振， 使Cl上电压为零。VI1导通时其两端电压为零。 开关器件导通时的损耗大大降低了，提高了换流效率。
图a为零电压开关(ZVS)，电容C与开关器件Q是并联的，在Q 导通之前C和L产生串联谐振，当C上电压为零时再使Q导通，此 时电压u与电流i波形见图a导通时波形。 当开关器件Q关断时，由于电容C的存在，开关器件Q上承受 的电压u以线性速度缓慢地从零开始上升，电压u与电流i彼形见 图a关断时波形。
图b为零电流开关(ZCS)。电感L与开关器件Q是串联的，当开 关器件Q导通，由于电感L的存在，开关器件Q上的电流i以线性速 度从零开始上升。电压u与电流i波形见图b导通时波形。 在Q关断之前L和C组成谐振电路产生并联谐振，当流过Q上的 电流为零时再使Q关断，此时电压u与电流i波形见图b。
改变逆变桥晶闸管的 触发频率或者改变管子触 发顺序(VT6～VT1)，即能 得到不同频率和不同相序 的三相交流电，实现电动 机的变频调速与正反转。
(二) IGBT三相逆变电路 图为IGBT三相逆变电路，由六只自关断器件IGBT构成电压 型逆变器，它和晶闸管组成的三相逆变器的不同之处是不需要 强迫关断电路，各只IGBT依次每隔60°换流一次，导通次序为 VI1 、VI2 、VI3 、VI2 、VI3 、VI4 、VI3 、VI4 、VI5 依次类推，每 只IGBT仍导通180°，各相线电压与相电压波形同图。VD1— VD6为续流二极管，为感性负载电流提供反馈通路。
第三节 三相逆变器
根据最靠近逆变桥的直流滤波方式逆变器可分为： ① 电压型：电压型逆变器的输人端并接有大电容滤波，直流 电源阻抗小，输入直流电源为恒压源，输出电压比较平直，为 交变巨形波，输出电流接近正玄波。
② 电流型：电流型逆变器的输入端串接有大电感滤波，电源 呈现高阻抗，输入直流电源为恒流源，输出电流较平直，为交 变巨形波，电压为接近正玄波。
变频电路从变频过程分可分为二大类： ①交流—交流变频，它将50Hz的交流直接变成其它频率(低 于50Hz)的交流，称直接变频。 ②交流—直流—交流变频，将50Hz交流先整流为直流，再 由直流逆变为所需频率的交流。
上述两大类变频器又可细分如表。
二、无源逆变器(Invener)的简单工作原理
1.几种典型的逆变电路 a)：单相零式逆变电路 b):单相桥式逆变电路
逆变器工作原理： 两对VT以一定的频率交替导通， 负载感应线圈通入中频电流，产 生交变磁通，线圈中的金属产生 涡流与磁滞效应发热融化。 工作过程： 1） t1-t2间：VT1、VT4通，VT2、 VT3断，uo、io均为正，VT2、 VT3电压即为uo。ia 路径：图a
2）t2-t4间换流：t2时开始触发 VT2、 VT3通，换流开始，此时负载端压仍 ua1＞0，图b 。 当VT2、3导通时， ua1经VT2、 3反加到VT1、4上使其关断。 此间 i T1、4减小到0， i T2、3增大 到Id. 由于大Ld的恒流作用电源不短路。
三、全控型器件构成的谐振逆变器 (一)软开关技术
开关器件在其端电压不为零时开通（硬开通） ，在其电流不 为零时关断（硬关断），硬开通、硬关断统称为硬开关。
开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化。 • 产生较大的开关损耗和开关噪声。 电力电子开关器件在零电压、零电流时开通和关断，称之为 软开关。 不存在电压和电流的交迭。 • 降低开关损耗、开关噪声。提高开关频率。
3）t4-t5时刻： VT2、3稳 定导通，如c)
二、串联谐振逆变器（电压型）
串联谐振逆变器，换流是基于串联谐振的原理。 电压型逆变电路的特点：（1）是采用不可控整流，电路简 单、功率因数高。 (2) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。
(3) 输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同 而不同。 (4) 阻感负载 时 需提供 无功。为了给交流侧向直 流侧反馈的无功提供通道， 逆变桥各臂并联反馈二极 管。
Id t
图5-11
t
脉冲各120°的矩形波； i O 输出电流和三相桥整流带大电感负载时的交 u 流电流波形相同, 谐波分析表达式也相同； 输出线电压波形和负载性质有关,大体为正弦波； O 输出交流电流的基波有效值： 6 I U1 I d 0.78 I d
UV
t
t
图5-14
(一)串联二极管式逆变电路 串联二极管式逆变器是电流型逆变器，性能优于电压型逆 变器，主要用于中大功率交流电动机调速系统。
强迫换流原理：图7-2 VT1通，负载得电，U经R1对C充电到-U； VT2通， VT1承受-uc而关断，同时C放电并反充， uc按指数 曲线上升; t0（=0.693RC）为C放完电时间，即VT1承受反压的时间，要 求t0＞ tq,选取合适的C值则可保证VT可靠关断。
三、电感性负载与反馈(续流)二极管
以A相桥VT1、VT4间换相为例分析。 1）VT1稳定导通； a )图iT1=IA ,C1短 路，C4充电到Ud。
2）触发VT4开始换流： b )图，C4放电：+ →L4 → VT4 →— ，uc4=Ud瞬时加到L4 两端，L4、L1为全耦合使UL1=UL4=Ud,； C1开始充电，但uc1此刻仍为0； 此刻VT1因承受-Ud 而关断。由于L1、L4能量不能突变，故 使原通过VT1、L1的电流iA立刻转移到VT4、L4。 负载 iA由C1、充电C4放电提供。
二、电流型逆变电路
电流型三相桥式逆变电路，采 用全控型器件） 基本工作方式是120°导电方 式—每个臂一周期内导电 120°每时刻上下桥臂组各有 一个臂导通, 横向换流。
波形分析
输出电流波形和负载性质无关，正负
id VT 3 VT 5 VT 1 Ud VT 4
iU O iV O
W
U V VT 6 W Biblioteka BaiduT 2
第二节 谐振型逆变电路
一、并联谐振逆变器 并联谐振逆变器简称并联逆变器：换流电容与负载电路并联， 换流是基于并联谐振的原理。较多用于金属的熔炼、透热和淬火 的中频加热电源。 直流电源Ud由三相可控整流获得，经过大电感滤波，通过 并联逆变电路将直流电逆变为中频交流电供给负载，属于电流 型逆变器。

图7-3a)。
工作原理：电流滞后电压。 当VT1、4关断时，首先，L使ia持续， ia路径：B → VD2 → + → - →VD3 → A → R。 此时，电感能量返送电网，负载端得到-Ud。 此时， VT2、3受反压无法导通； 当ia衰减为0， VT2、3触发导通， ia反向，电源给负载供电。
第七章 变频电路
第一节 变频电路的基本概念
第二节 谐振型逆变电路 第三节 三相逆变器 第四节 脉宽调制技
第五节 交流变频调速原理
第一节 变频电路的基本概念
变频电路应用：
1、为特殊设备提供标准的50HZ交流电源； 2、变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点， 在许多需要精确速度控制的应用中发挥着显著作用。 3、变频家电节约电费、提高家电性能、保护环境等，变频家电 成为变频器的另一个广阔市场和应用趋势。 变频电路的器件：晶闸管、全控器件 一、变频器及其分类
1.逆变器带纯阻性负载是，负载电流与电压均为方波。 2.带大电感性负载，若采用恒定电压Ｕd供电的电压型电路 将无法工作，因为在半周末关断一对VT和导通另一对VT时，由 于电流滞后电压，此时电流未到零，如使负载电流瞬时反向， 将在负载电感两端感应出大电压，使管子损坏。 为此必须在晶闸管两端反并联一个二极管(称为反馈二极管)， 电路才能正常工作，电路如图7-3a)。
电路组成：逆变桥由四个KK型快速VT组成，工作频 率(1000～2500Hz)。L1～L4为小电感，限制di／dt。 感应线圈L、R和Ｃ并联组成负载并联谐振电路。 接入电容可改善负载功率因数，并使负载略呈容性 而使ia超前u a一定角度 ，使VT自动换流。 直流侧串入大电感Ld使 id基本没有脉动。
5） 当负载iA减为0， 即L4放完电，之后iA反向，换流结束。在iA减为0并反向之 前，可能L4放电结束， VT4的电流降为0而关断。
换流电容C、电感L的取值：
2．三相串联电感式逆变器工作 原理 • 基本工作方式为180°导电型， 即每个桥臂的导电角为180°， 同一相上下桥臂交替导电的纵 向换流方式，各相开始导电的 时间依次相差120°。 • 在一个周期内，6个开关管 触发导通的次序为T1→T2 →T3 →T4 →T5→T6 ，依次相 隔60°，任一时刻均有三个管 子同时导通，导通的组合顺序 为：T1T2T3，T2T3T4， T3T4T5，T4T5T6，T5T6T1， T6T1T2，每种组合工作60°。
3）图b ) C4放电使Uc4由Ud降为0， Uc1由0升到Ud ，当Uc4= Uc1=1/2 Ud时，Uxy= Ud，VT1所受反压为0。 4） C4对L4、VT4放电过程：图b iT4从iA开始不断上升; 图c):当C4放电结束Uc4=0时， iT4最大 并开始减小，此后L4开始稀放能量， UL4极性为上-下+； 环流路径： VT4 → VD4 → R1 → L4 . R1作用：限制环流衰减； VD4：提供负载滞后电流的通路。